周期的ナノ構造ポーラスシリカ薄膜の合成とその半導体低誘電率層間絶縁膜への応用

周期性纳米结构多孔二氧化硅薄膜的合成及其在半导体低k层间介质薄膜中的应用

• 批准号: 04J08138
• 负责人: 田中 俊輔
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J08138/
• 关键词: メソポーラスシリカ; 薄膜; 気相合成; 低誘電率層間絶縁膜; Low-k

界面活性剤とテトラエトキシシラン蒸気が接触することによって規則構造を有する界面活性剤-シリカ複合体が得られることを見出し、この新しい着想に基づいてメソポーラスシリカ薄膜の設計と合成を行い、半導体用低誘電率(low-k)絶縁膜への応用を目指して研究を行った。通常、メソポーラスシリカ合成はシリカ源と界面活性剤からなる溶液からの析出によって得られる。本手法(気相合成法)では、非イオン性ブロック共重合体(Pluronic F127)の薄膜にテトラエトキシシランを気相で接触させることにより規則性の高い大細孔メソポーラスシリカ薄膜を合成することに成功した。反射X線小角散乱法(GISAXS)を用いて、薄膜がR-3m構造を有し、基板に対して(111)配向していることを明らかにした。R-3mのlattice constantsはa=17nmおよびα=70°であった。一般的にメソポーラスシリカは薄膜化することによって安定性が著しく低下し、規則構造が収縮するのに対して、本手法で得られたR-3mメソポーラスシリカ薄膜は大きなlattice constantsを維持していることがわかった。low-kとしての物性評価として種々の薄膜の比誘電率測定を行い、疎水性が薄膜の低誘電率化に大きく影響する結果を得た。そこで、薄膜合成(焼成前、焼成後)の各段階において有機シランを用いた処理を行い、疎水化処理と比誘電率との関係を明らかにした。焼成後に疎水化処理を行った薄膜では、比誘電率を1.6まで低下させることに成功した。気相合成法はChemical Vapor Depositionに類似しており、薄膜の大量連続合成が可能なため、工業化に適している。また、界面活性剤濃度および合成温度を制御することで、ケージ状細孔を有するR-3mとチャネル細孔を有するc2mmの構造制御が可能であることを明らかにした。

我们发现，通过使表面活性剂与四乙氧基硅烷蒸气接触，可以获得具有有序结构的表面活性剂-二氧化硅复合物。基于这一新想法，我们设计并合成了介孔二氧化硅薄膜，并将其开发用于半导体应用。研究旨在应用于介电常数（低k）绝缘薄膜。介孔二氧化硅的合成通常通过从由二氧化硅源和表面活性剂组成的溶液中沉淀来获得。在该方法（气相合成法）中，通过使非离子嵌段共聚物（Pluronic F127）薄膜与四乙氧基硅烷在气相中接触，成功合成了具有高度规则性大孔的介孔二氧化硅薄膜。利用反射小角 X 射线散射 (GISAXS)，我们发现薄膜具有 R-3m 结构，并且相对于基板呈 (111) 取向。 R-3m的晶格常数为a=17nm和α=70°。一般来说，当介孔二氧化硅变薄时，稳定性显着下降，有序结构收缩，而使用这种方法获得的R-3m介孔二氧化硅薄膜保持较大的晶格常数。我们测量了各种薄膜的介电常数，以评价其低k物理性能，发现疏水性对降低薄膜的介电常数有很大影响。因此，我们在薄膜合成的各个阶段（烧成之前和之后）使用有机硅烷进行处理，并阐明了疏水化处理与相对介电常数之间的关系。在烧成后进行疏水化处理的薄膜中，相对介电常数成功降低至1.6。气相合成与化学气相沉积类似，适合工业化，因为它可以连续大量合成薄膜。此外，还发现具有笼状孔的R-3m和具有通道孔的c2mm的结构可以通过控制表面活性剂浓度和合成温度来控制。